网格计算也许是个新名词，但对于电脑科学领域来说，并非一个全新的技术。我们可以追溯到十多年前，电脑发展有两个流派：一派是超级电脑，像“CRAY1”(克雷一号)之类的超级电脑，虽然运算速度很快，但造价也极高，不是一般企业可以负担得起的；另外一派的高速运箅就提出，利用分散式的方式将需要大量运算的工作，分给很多电脑一同运算，再将计算完的结果送回来。这样便能把很多需要运算的问题，利用多个电脑来协助运算了。如基因排列、撞击模拟、气象预测等，都可以利用这样的方式来完成。
20世纪90年代提出的网格运算概念，是基于网格问题的求解。网格计算是在动态的环境下协调资源分享与问題解决能力，利用互联网或专用 *** 把地理上广泛分布的各种计算资源互连在一起，构成虚拟的整合应用环境，这些计算资源包括超级计算机、计算机集群、存储系统和可视化系统等。在必要的时候，这项技术还可以有选择地将计算资源作为单独、统一的计算资源来处理。研究人员可突破空间障碍，透过共享的虚拟组织，弹性地建立各种议题和有效的合作机制，并解决更大尺度的问题。
网格运算的目的是善用伺服器能童，利用大量的闲置伺服器运算能力从事更多的工作，包括IBM、Microsoft、Sun等公司已开始将网格运算加入到商用系统中。由于IBM、Sun具有自己的伺服器与作业系统，IBM早已投入许多的人力加入开发；Sun则收购Gridware公司以加快Grid Computing的研发步伐。Microsoft则宣布支援最主要的网格运算组织的Globus Project，在.Net服务与Windows XP作业系统中提供 Grid Computing的Tool Kit，以便于提供商业网格运算服务。
在网格计算中，首先要査清网格里所有可用的资源，比如可供访问的主机、空置的处理能力、资料库里可供使用的资料、共用的应用程序、共用主机采用的操作系统等。用户提交的任务要由系统来分配资源并控制其运行，包括将其分配到哪些主机上运行、调用哪些资料、启动何种应用程序、何时开始运行等。这样，网格计算至少需要具备三种基本功能：任务管理、任务调度和资源管理。任务管理指用户通过该功能向网格提交任务、为任务指定所需资源、删除任务并监测任务的运行状态。任务调度指用户提交的任务由该功能按照任务的类型、所需资源、可用资源等情况安排运行日程和策略。资源管理指确定并监测网格资源状况，收集任务运行时的资源占用资料。根据马森大学的研究，网格计算可分为集中式任务管理系统、分散式任务管理系统、分散式作业系统、参量分析、资源监测/预测，以及分散式计算界面等几类，现有的网格计算技术方案主要集中在之一、二类。属于集中式任务管理系统的有Sun公司的GridEngine、LSF、PBS等；属于分散式任务管理系统的有Globus、Legion和NetSolve等。集中式系统由一台电脑统一调度任务，分散式系统任务的载入和运行控制由网格中各台电脑自行完成。
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Globus是美国Argonne国家实验室的研发项目，全美有12所大学和研究机构参与了该项目。Globus对资源管理、安全、资讯服务及资料管理等网格计算的关键理论进行研究，开发能在各种平台上运行的网格计算工具软体，帮助规划和组建大型的网格试验平台，开发适合大型网格系统运行的大型应用程式。Toolkit是Globus最重要的成果，其之一版在1999年推出，Toolkit源代码开放，任何人都可以从其网站上下载。目前，Globus的技术已在NASA网格、欧洲资料网格、美国国家技术网格等8个专案中得到应用。通常，网格计算着眼于大型应用专案，按照Globus的观点，大型应用专案应该由许多组织协同完成，共同形成一个“虚拟组织”，各组织拥有的计算资源在虚拟组织里共用。
按Globus的定义，所有共用的实体都是资源，电脑、记忆体、资料、软体等是资源，分散式档系统、缓冲池等也是资源。在Globus看来，现有的共用方案，比如互联网、B2B、ASPS、SSPS、Java、CORBA、DCE等，或者在共用配置的灵活性上，或者在共用资源种类上不能 完全满足虚拟组织的需要。同时,Globus并不试图取代现有技术，而是希望在现有技术之上建立更高层次的共用。从技术的角度看，共用是资源或实体间的互操作，比如用甲电脑的WhatIf 分析程式调用乙电脑的资料库。Globus认为， *** 环境下的互操作意味着需要开发一套通用协定，用来描述消息的格式和消息交换的规则。在协定之上，需要开发一系列服务，这与建立在TCP/IP协议上的Web服务原理相同。在服务中要定义API，基于这些API再构建软体发展工具(SDK)。
Globus的网格计算协定建立在互联网协定之上，以互联网协定中的通信、路由、名字解析等功能为基础。Globus的协议分为五层:构造层、连接层、资源层、汇集层和应用层。每层都有自已的服务、API和SDK,上层协定调用下层协定的服务。网格内的全局应用通过协定提供的服务调用作业系统。
构造层(Fabric):功能是向上提供网格中可共享的资源——物理或逻辑实体。常用的资源包括处理能力、存储系统、目录、网格资源、分布式文件系统、分布式计算机池、计算机集群等。Toolkit中相应组件负责侦测可用的软硬件资源的特性、当前负荷、状态等信息，并将其打包供上层协议调用。
连接层(Connectivity)：是网格中 *** 事务处理通信与 授权控制的核心协议。构造层提交的各种资源间的数据交换 都在这一层的控制下实现。各资源间的授权验证、安全控制也在这里实现。在Toolkit中，相应组件采用基于 公用的网格安全基础协议(GSI)。在此协议中提供一次登录、委托授权、局域安全方案整合、基于用户的信任关系等功能。资源间的数据交换通过传输、路由及名字解析实现。
资源层(Resource)：作用是对单个资源实施控制，与可用资源进行安全握手、对资源做初始化、监测资源运行状况、统计与付费有关的资源使用数据。在Toolkit中有一系列组件用来实现资源注册、资源分配和资源监视。Toolkit还在这一层定义了客户端的C、Java的API和SDK。
汇集层(Collective)：作用是将资源层提交的受控资源汇集在一起，供虚拟组织的应用程序共享、调用。为了对来自应用的共享进行管理和控制，汇集层提供目录服务、资源分配、日程安排、资源 *** 、资源监测诊断、网格启动、负荷控制、账户管理等多种功能。
应用层(Application)：是网格上用户的应用程序。应用程序通过各层的API调用相应的服务，再通过服务调用网格上的资源来完成任务。应用程序的开发涉及大量库函数。为便于网格应用程序的开发，需要构建支持网格计算的库函数。
目前，Globus体系结构已为一些大型网格应用所采用。研究人员已经在天气预报、髙能物理实验、航空器研究等领域开发了一些基于Globus网格计算的应用程序，效果较好。虽然这些应用仍属试验性质，但至少表明，网格计算可以胜任不少超级计算机难以胜任的大型应用任务。
来源：开源地理空间基金会中文分会
来源链接：https://www.osgeo.cn/post/1a18c
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